Signatures of fluid-fluid displacement in porous media: wettability, patterns, and pressures
研究提出“移动电容器”动态网络模型，通过将流体界面视为移动电容器，首次在多种毛细数和润湿性下重现了多孔介质中的驱替图案与注入压力信号，揭示了不同流动状态的转变特征。
2020-01-14 physics.flu-dyn
Coupled two-phase flow and surfactant/PFAS transport in porous media with angular pores: From pore-scale physics to Darcy-scale modeling
Stanford University（斯坦福大学）；The University of Arizona（亚利桑那大学）；Ocean University of China（中国海洋大学）
本文提出一种模型框架，将孔隙角性和界面张力-润湿性耦合纳入达西尺度的表面活性剂负载流体和传输模型，以更准确地模拟多孔介质中的两相流和传输过程。
2026-01-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Droplet impact behavior on a hydrophobic plate with a wettability-patterned orifice
本研究采用格子玻尔兹曼方法模拟液滴撞击带方形孔疏水板，发现异质孔润湿性差异与 Weber 数共同决定液滴是否分裂，润湿性图案化孔会促进粘附，其动态行为由动压、毛细压力与粘性压力损失竞争决定。
2024-04-23 physics.flu-dyn
Rheology of immiscible two-phase flow in mixed wet porous media: Dynamic pore network model and capillary fiber bundle model results
采用解析可解的毛细纤维束模型和动态孔隙网络模型研究了混合湿条件下多孔介质中的不混溶两相流。通过允许每个管或链接具有从给定分布中随机选择的不同润湿角，在模型中实现混合润湿性。这两个模型表明，混合润湿性可以有显着的流变学方面的依赖性的全球体积流量的全球压降的影响。在毛细管纤维束模型中，对于小的压降，当只有一小部分管打开时，发现体积流率取决于作为幂律的过量压降，其指数等于3/2或2，取决于流动所需的最小压降。当所有的管是开放的，由于高压降，体积流量线性依赖于压降，独立的润湿性。在大多数管打开的过渡区域中，体积流量更敏感地依赖于润湿角分布函数，并且通常不是简单的幂律。动态孔隙网络模型的结果也表明，当压降较大时，流量与压降呈线性关系。然而，在此限制的动态孔隙网络模型表现出更复杂的行为，取决于混合润湿性条件和饱和度。特别地，将体积流率与过量压降相关联的指数可以取1.0和1.8之间的任何值。的指数的值是最高的饱和度接近0.5，也，指数一般增加时，两种流体的润湿性的差异较大，当这种差异是存在的多孔网络的一个较大的分数。
2021-08-28 physics.flu-dyn
Capillary Pressure-Saturation relation derived from the Pore Morphology Method
本研究提出一种扩展的孔隙形态法，纳入润湿角、流体圈闭机制并结合密度泛函理论，可高效计算二维孔隙的毛细管压力-饱和度关系，经实验验证后探究了多因素对入口压力和残余饱和度的影响。
2025-01-13 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Pore-Scale Visualization of Hydrogen Storage in a Sandstone at Subsurface Pressure and Temperature Conditions: Trapping, Dissolution and Wettability
该研究通过原位X射线流动实验，在地下储层温压条件下可视化研究Bentheimer砂岩中氢气的孔隙尺度驱替过程，揭示了润湿性、溶解特性等，为地下储氢可行性提供了孔隙尺度依据。
2022-07-08 physics.flu-dyn
Dynamics of drying in 3D porous media
用共聚焦显微镜研究了三维多孔介质的干燥动力学。我们观察到突然的空气入侵的大小从单个粒子到数百个粒子。我们表明，这些结果从强大的流动，从大孔隙中的水到小孔隙中的水在干燥过程中。这种流动导致空气侵入开始于大的管道，随后扩散到整个系统。我们测量了气侵的大小和结构，表明它们与侵入渗流相一致。通过改变颗粒尺寸和接触角，我们明确地表明，毛细管压力占主导地位的干燥过程。
2008-07-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Asymmetric invasion in anisotropic porous media
我们报告和讨论，通过孔隙尺度的数值模拟，实现一个方向依赖的两相流行为的过程中的粘性流体的侵入各向异性多孔介质的控制设计的可能性。通过采用分布有淬火无序的各向异性三角形柱来定制孔尺度形态和不均匀性，我们根据相对于介质取向的流体注入方向观察到实质上不同的侵入动力学，这取决于三角形柱是否具有其顶点取向（流动对齐）或与主流动方向相反（流动相反）。可以观察到三种流动状态：（i）对于宏观压降与特征孔隙尺度毛细阈值之间的比值较低的值，即对于p0/pc < 1，流体侵入动力学受到强烈阻碍，粘性流体无法到达介质的出口，而与注入方向无关;（ii）对于中间值，1多孔介质的各向异性诱导较低的有效电阻时，支柱是流动相反的取向，抑制前粗糙化和毛细指。因此，我们认为，发生的入侵过程中，只要压降大于宏观毛细管压力确定的前粗糙度，这在流动的情况下，反对支柱减半。
2021-07-23 physics.flu-dyn
A Microfluidic Pore Network Approach to Investigate Water Transport in Fuel Cell Porous Transport Layers
孔隙网络模型传统上用于研究与地质流动有关的理想化多孔介质中的驱替过程，其应用范围从地下水水文学到提高石油采收率。最近，孔隙网络建模已被应用于聚合物电解质膜（PEM）燃料电池的气体扩散层（GDL）的建模。离散孔隙网络模型有可能阐明运输现象的GDL与高计算效率，连续或分子动力学建模，需要大量的计算资源。然而，在研究GDL与孔隙网络建模的挑战在于定义网络参数，准确地描述多孔介质以及流体入侵的条件，代表现实的运输过程。在这项工作中，我们讨论了第一阶段的开发和验证GDL代表孔隙网络模型。我们开始与一个二维的孔隙网络模型与一个单一的流动相入侵的疏水介质，其中缓慢的毛细管为主的流动过程如下入侵渗滤。孔网络的几何形状的设计，和透明的疏水微流体网络制造的硅弹性体PDMS使用软光刻技术。这些微流体网络被设计成具有典型GDL材料的通道尺寸分布和润湿性。数值和实验流动模式之间的比较显示出合理的协议。此外，分形维数和饱和度在入侵期间测量，揭示不同的操作制度，可以应用于GDL操作。还将讨论今后的模型开发工作。
2008-04-14 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Capillary rise dynamics of liquid hydrocarbons in mesoporous silica as explored by gravimetry, optical and neutron imaging: Nano-rheology and determination of pore size distributions from the shape of imbibition fronts
我们提出了重力，光学和中子成像测量的毛细驱动渗透的介孔二氧化硅玻璃的碳氢化合物。平方根的时间卢卡斯-沃什伯恩入侵动力学被发现为直链烷烃从正癸烷（C10），正十六烷（C60）和角鲨烷，支链烷烃，在多孔Vycor与6.5 nm或10 nm的孔径，分别。湿度相关的实验使我们能够研究的吸水动力学吸附在孔壁的水层的影响。除了最长的分子研究，C60，侵入动力学可以描述为散装流动性和散装毛细作用，只要我们假设一个粘贴，孔壁吸附边界层，即单层水覆盖的单层平面铺设的碳氢化合物。然而，对于C60，一个增强的吸胀速度相比，在散装的预期值被发现。这表明在二氧化硅壁的速度滑移或剪切粘度降低，由于向一个聚合物样的流动在受限的几何形状的过渡开始。两者，光散射和中子成像表明一个明显的粗糙化的吸胀前线。它们的整体形状和宽度可以通过中子成像来分辨。的前线可以描述由一个独立的润湿前线移动与孔径依赖的时间平方根的法律和加权根据从氮气吸附等温线获得的孔径分布的叠加。这一发现表明，在多孔介质中，如Vycor玻璃，与互连，细长的孔，吸胀前的形状是唯一的决定由独立的运动的液体微珠。这些都是由拉普拉斯压力和水力渗透率的变化，从而在侵入前沿的孔径变化。我们的研究结果表明，孔径分布可以从扩大的吸液前线。
2015-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effects of Pore-Scale Disorder on Fluid Displacement in Partially-Wettable Porous Media
我们提出了一个系统的，定量评估的影响，孔隙大小的混乱和它的相互作用与流速和润湿性不混溶驱的粘性流体。孔隙尺度模拟和微观模型实验表明，减少无序增加驱替效率和紧凑性，最大限度地减少流体-流体界面面积，通过（i）在低速率下的捕获和（ii）在高速率下的粘性指进。增加润湿角抑制捕获和指进，从而降低位移对潜在紊乱的敏感性。一个修改后的毛细管数$\mathrm{Ca^*}$，其中包括无序$λ$对粘性力的影响（通过孔隙连通性）是直接相关的$λ$，在与以前的作品。我们的研究结果对扫掠效率和流体混合和反应产生了重要影响，这在微流体技术用于碳地质封存、能源回收以及土壤通气和修复等应用中至关重要。
2016-10-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stable and unstable capillary fingering in porous media with a gradient in grains size
我们提出了一个理论和实验研究的缓慢排水的多孔介质中的粒度梯度（因此，在典型的孔隙的喉道），在外部引力场。我们数学上表明，这种结构梯度和外力有一个类似的效果，得到的排水模式，当他们稳定的入侵锋。借助新引入的实验装置，基于透明多孔基质的3D打印，我们说明了这种等价性，并将其扩展到前沿不稳定的情况。我们还提出了一些相同的现象，这是符合我们的理论和实验结果的入侵渗流模拟。特别是，我们表明，稳定的排水前沿的宽度主要尺度与平均孔隙侵入阈值的空间梯度和局部分布的这个（无序）阈值。标度指数由逾渗理论得出，二维系统的标度指数为-0.57。总的来说，我们提出了一个统一的理论，最经典的双流体流动的放大。
2022-03-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.flu-dyn
Fractal flow patterns in hydrophobic microfluidic pore networks: experimental modeling of two-phase flow in porous electrodes
在模拟燃料电池特定多孔介质的疏水微孔网络中观察到实验性两相侵入渗流模式。为了模拟聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）多孔电极的操作条件，制备了具有相应微通道尺寸分布的微孔网络。入口通道以对应于1.0至0.1 A/cm 2（Ca 10 e-7- 10 e-8）的燃料电池电流密度的流速均匀地侵入。观察和分析了各种分形突破模式，以量化总饱和度，St，局部饱和度，s和分形维数，D方面的洪水密度和几何多样性。结果发现，在侵入过程中，St单调增加，直到达到突破点，和s的配置文件指示的过程中的液相的动态分布。分形分析证实，实验属于侵入渗流与捕获的流动状态。在这项工作中，我们建议相关的分形维数，D，总饱和度，并使用此图作为一个参数，用于模拟液态水在GDL传输。
2009-09-03 physics.chem-ph physics.flu-dyn
A simplified pore-scale model for slow drainage including film-flow effects
本文提出一种改进的准静态孔隙网络模型，通过修改截留团簇识别算法以纳入薄膜流动效应，模拟慢排驱过程，并成功重现实验现象，为理解二次排驱机制提供新工具。
2023-03-06 physics.flu-dyn
Clogging a Porous Medium
本研究对比两种多孔介质孔喉阻塞模型，发现渗透率下降遵循依赖模型的幂律标度，而压力跳变的幂律分布具有与侵入渗流一致的普适指数，提示二者属同一普适类。
2021-07-09 physics.flu-dyn
Imbibition in mesoporous silica: rheological concepts and experiments on water and a liquid crystal
我们提出，随着一些基本概念的液体在多孔主机，毛细作用驱动的水和棒状液晶辛氧基氰基联苯（8OCB）的入侵动力学的实验，重量研究？在网络的孔几个纳米横跨单片石英玻璃（Vycor）。我们观察到，在协议与理论预测，平方根的时间入侵动力学和粘性速度边界条件的液体调查。温度依赖性的自发吸胀实验8OCB揭示了一个paranematic相的存在，由于诱导的孔壁的分子排列，即使在温度远远超过清亮点。孔隙中一直存在的速度梯度可能进一步增强这种有序现象，并防止分子堆叠中的任何分层，最终导致抑制近晶相而有利于近晶相。
2011-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tuning capillary flow in porous media with hierarchical structures
多孔介质中的不混溶流体-流体驱替在许多工程应用中具有重要意义，如提高石油采收率、农业灌溉和CO2地质储存。由界面不稳定性引起的指进现象在驱替过程中经常遇到，并且由于这种流体动力学不稳定性会显著降低驱替效率而在某种程度上是有害的。在这项研究中，我们报告了一种可能的调整孔隙几何形状，其目的是抑制毛细指进多孔介质的层次结构。通过孔隙尺度的模拟和理论分析，我们证明和量化的润湿性和分层的几何位移模式的综合影响，表现出从指进到紧凑模式的过渡。研究结果表明，具有较高孔隙率的二阶多孔结构，在较宽的润湿性条件范围内，驱替可以保持紧凑。结合我们以前在这种介质中的粘性指进的工作，我们可以提供一个完整的洞察分层多孔介质中的流体-流体驱替控制，在广泛的流动条件下，从毛细管到粘性为主的模式。本文的研究结果可为微流控装置的设计提供参考，也可为现场规模的多孔介质驱替提供参考。
2020-11-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Bubble formation due to capillary instability during evaporation of a porous medium
我们表明，在蒸发的孔隙网络，液体可以重新填充气体占据的孔隙，折断的气泡，然后移动到一个稳定的配置。这种现象是由毛细不稳定性引起的，由于孔隙网络的润湿性不均匀性，并且与蒸发过程相比具有小得多的时间尺度。通过对可视化实验图像的分析，详细解释了毛细不稳定性引起的液体充注和气泡运动。毛细管阀效应是由大孔和小孔之间的突然几何膨胀引起的阻碍气液界面运动的效应，大孔中的残余液体可以抑制这种效应。为了更好地理解蒸发过程中毛细不稳定性引起的气液两相输运，提出了一种新的孔隙网络模型，该模型不仅考虑了毛细力和粘性力，而且考虑了以往模型中很少考虑的惯性力。孔隙网络模拟结果与实验数据吻合较好，证明了所建立的孔隙网络模型的有效性，为更好地理解惯性力在多孔介质两相运移中的作用开辟了一条新的途径。
2019-12-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Verification of a dynamic scaling for the pair correlation function during the slow drainage of a porous medium
Furuberg等人在参考文献[furuberg 1988]中对多孔介质缓慢排水过程中关联函数对$N(r,t)$的不寻常动态标度进行了显著观察，我们给出了实验依据。该论文的作者使用了侵入渗流算法来数值地显示，在距离$r$处的孔隙的侵入概率以及在距离另一孔隙的侵入一段时间之后的$t$，标度为$N(r,t)\propto r^{-1}f\left(r^{D}/t\right)$，其中$D$是侵入簇的分形维数，对于$u \ll 1$，函数$f(u)\propto u^{1.4}$，对于$u \gg 1$，函数$f(u)\propto u^{-0.6}$。我们的实验装置使我们能够完全访问入侵的时空演变，这是用来直接验证这种缩放。此外，我们已经连接了两个重要的理论贡献，从文献中解释的功能依赖$N(r,t)$和标度指数的短时间制度（$t \ll r^{D}$）。提出了一种新的理论观点来解释长时区指数（$t \gg r^{D}$）。
2017-08-30 physics.flu-dyn
Pore network model of evaporation in porous media with continuous and discontinuous corner films
在多孔介质蒸发过程中，角膜可分为两种类型。连续的角膜连接到本体液体，而不连续的角膜不连接。为了揭示角膜对多孔介质蒸发的影响，建立了一个同时考虑连续和不连续角膜的孔隙网络模型，该模型考虑了毛细力和粘性力以及角膜对孔隙临界压力的影响。模型中还考虑了大、小孔间突然几何膨胀引起的毛细阀效应。所建立的孔隙网络模型与准二维微观模型多孔介质的蒸发实验结果吻合较好，不仅反映了各孔隙中液体饱和度的变化，而且反映了总蒸发速率的变化。并将忽略角膜或液体粘度的孔网络模型与实验结果进行了比较，以揭示角膜的作用。连续的角膜，这有助于维持高蒸发速率，可以中断的不连续的，不仅通过气体侵入孔，而且由于局部凸拓扑结构的固体基质的毛细管剪刀效应。
2019-12-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Linking continuum-scale state of wetting to pore-scale contact angles in porous media
润湿现象在多孔介质流动中起着关键作用。相对渗透率和毛细压力-饱和度函数对润湿性表现出高度敏感性，其在连续体和孔隙尺度上有不同的定义。在连续尺度上，润湿状态被定义为Amott-Harvey或USBM（美国矿业局）通过毛细管压力排水和吸胀循环。在孔隙尺度上，使用接触角的概念，直到最近才通过实验在不透明多孔介质内确定。因此，通过X射线计算机显微断层扫描测量孔尺度接触角的最新进展引起了各种研究团体的极大关注。在这项工作中，高斯-博内定理被应用到提供一个直接的联系毛细管压力饱和$P_c(S_w)$数据和测量的孔隙尺度接触角分布。我们建议，多孔介质的润湿状态可以描述的几何参数，约束不混溶流体的形态状态。该约束描述了给定系统可能存在的可能的接触角和界面曲率的范围。我们目前在测试砂岩的USBM指数，$P_c(S_w)$，和孔隙尺度接触角测量。还使用两相格子玻尔兹曼模拟进行了其他研究，以测试更广泛的润湿条件。我们发现，平均孔隙尺度接触角测量可以预测岩石物理数据在几个差异。这提供了一个一般的框架，如何连续尺度的数据可以用来描述多孔介质内的流体的几何状态。
2019-10-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Immiscible fluid displacement in porous media with spatially correlated particle sizes
多孔介质中的不混溶流体驱替是许多环境过程的基础，包括水在土壤中的渗透、地下水修复、碳氢化合物的强化回收和碳地质封存。微观结构的不均匀性，特别是颗粒尺寸的不均匀性，可以显著地影响不混溶驱替。例如，它可能导致不稳定的流动和优先的位移模式。我们提出了一个系统的，定量的孔隙尺度的颗粒尺寸的排水的部分润湿流体的空间相关性的影响的研究。我们进行孔隙网络模拟不同的流速和不同程度的空间相关性，辅以微流体实验。模拟和实验的位移模式表明，空间相关性导致更优先的入侵，减少捕获的防御流体，特别是在低流速。数值计算结果表明，增大关联长度可以减小流体-流体界面面积，减小保护流体的截留，增加入侵模式的不对称性和选择性。我们的实验，进行低毛细管数，支持这些发现。我们的研究结果描绘了空间相关性对多孔介质中流体驱替的显著影响，与广泛的自然和工程过程有关。
2019-02-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Newtonian fluid invasion into a Yield-Stress Fluid-Saturated Medium
Université Paris-Saclay, CNRS, FAST（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，FAST）；PoreLab, Department of Physics, Norwegian University of Science and Technology（孔隙实验室，挪威科技大学物理系）；Université Paris-Saclay, CNRS, LPTMS（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，LPTMS）；PoreLab, Department of Physics, University of Oslo（孔隙实验室，奥斯陆大学物理系）
本研究通过孔隙网络模型，发现牛顿流体驱替宾汉屈服应力流体时，除经典Lenormand模式外，还存在低粘度比下的树状和高粘度比下的柱状两种新侵入模式，并建立了突破条件。
2026-09-14 physics.flu-dyn
Impact of sample geometry on the measurement of pressure-saturation curves: experiments and simulations
在本文中，我们研究了样品的几何形状的压力-饱和度关系的测量的影响，通过分析的两相流从一个准二维随机多孔介质的排水。介质是透明的，这允许在流动期间直接可视化侵入模式，并且最初用粘性液体（染色的甘油-水混合物）饱和。随着液体中的压力逐渐降低，空气从开放的入口渗透，取代从相对侧上的出口离开系统的液体。记录压力测量值和血流图像，并计算压力-饱和度关系。我们表明，这种关系取决于系统的大小和纵横比。系统的边界对这种关系的影响进行实验测量，并与使用入侵渗流算法产生的模拟比较。在入侵过程的开始和结束时的压力建立特别受到系统边界的影响，而在模型的中心部分（当空气前锋远离这些边界时），入侵发生在统计上恒定的毛细管压力下。这些观察使我们提出了一个简化的压力-饱和度关系，适用于足够大的系统，使入侵不受边界效应的影响。这种关系的性质取决于毛细管压力阈值分布，样品尺寸和平均孔隙连通性和它的应用程序可能是特别感兴趣的模拟两相流在大的多孔介质。
2015-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Symmetric wetting heterogeneity suppresses fluid displacement hysteresis in granular piles
通过实验研究了非均质性对模型多孔介质中流体侵入时毛细管压力滞后的影响。我们专注于“对称”的异质性，其中流体界面与油湿（$θ_1$）和水湿（$θ_2$）珠的接触角加起来为$π$。虽然增强的异质性通常被称为增加滞后现象，我们发现，滞后大大减少时，引入润湿性的异质性。相反，几何非均匀性（如双分散粒径）不会导致这种效果。我们提供了一个定性的解释这个令人惊讶的结果，而一般的几何参数。
2018-01-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modeling Ostwald Ripening Dynamics in Porous Microstructures
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；McMaster University（麦克马斯特大学）
本文提出一种基于图像的多孔网络模型，用于模拟多孔介质中部分混溶凝胶的奥斯特瓦尔德成核动力学，解决了传统模型的局限性，通过统一框架整合两相流动、溶质传输和成核过程。
2026-04-08 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Capillary Rise and Imbibition of Liquids in Nanoporous Matrices: Rheological Concepts and Experiments
毛细力推动的液体流动是多孔介质中最重要的输运机制之一。它是由一个迷人的相互作用的界面，粘性阻力以及重力，液体遇到入侵时，往往复杂的拓扑结构的几何形状，如毛细管网络的树木或相互连接的裂缝在土壤和冰。在这里，我们提出的基本原理，概念和实验，重力研究的毛细作用驱动的入侵动力学的液体在网络中的孔几个纳米横跨单片，纳米多孔二氧化硅玻璃（多孔Vycor）。随着湿度和温度的变化，自发吸胀后的液体的积木的复杂性的变化，使我们能够获得有关的流动性和毛细作用的液体在这样的纳米多孔环境中的信息。我们观察到的时间吸液动力学的平方根，我们可以定量地描述了一个保守的散装流动性在孔隙中心和散装毛细作用在前进的duplexi，如果我们假设一个粘性的边界层（负速度滑移长度）。此外，pecularities的nanopore限制的液体，如运输通过气相导致预吸附的液体层，必须适当占。在增加链长的情况下的正构烷烃，我们发现的暗示，从粘滑流的孔壁的过渡，增加链长，从而聚合物的行为。报道了正二十四烷在多孔Vycor中的半月板冻结。对于棒状液体增稠剂（8OCB）的流变学，我们没有发现在进入非晶相时粘度下降的迹象，这是该液晶的本体流变学的典型特征。
2010-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pore-Scale Transport and Two-Phase Fluid Structures in Fibrous Porous Layers: Application to Fuel Cells and Beyond
我们提出了孔隙尺度模拟的两相流在一个重建的纤维多孔层。通过X射线计算机断层成像获得材料的三维微观结构，即燃料电池气体扩散层，并将其用作晶格玻尔兹曼模拟的输入。我们进行了定量分析的多相孔隙尺度动力学，我们确定的主导流体结构管理质量传输。结果表明，存在三种不同的运输制度：- 在短时间内的快速惯性动力学，其特征在于紧凑的均匀前缘;在中间时间的粘性-毛细管状态，其中液体沿着数量逐渐增加的1 - 2孔尺寸的优先流动路径输送;以及在较长时间的第三状态，其中液体，在到达出口之后，仅仅沿着这样的流动路径流动，并且两相流体结构被稳定。我们观察到，纤维层呈现出显着的变化，在其微观形态，这有一个重要的影响孔隙侵入动力学，并抵消稳定的粘性力。液体传输确实受到微结构诱导的毛细管压力的存在的影响，对流动产生不利影响，导致毛细管指状传输机制和不稳定的前位移，即使在没有疏水处理的多孔材料。我们提出了一个宏观模型的基础上有效的接触角，模仿这样的动态毛细管压力的影响。最后，我们强调研究结果对优化口罩设计以缓解当前COVID-19疫情的重要性。
2020-11-10 physics.flu-dyn
PoreML: A Data-Driven Framework for Learning Multiphase Flow in Porous Media
Imperial College London（帝国理工学院）；Stanford University（斯坦福大学）；EarthFlow AI, Inc.（EarthFlow AI公司）；Queen Mary University of London（伦敦玛丽女王大学）
PoreML是一个开源框架，统一了多孔介质多相流的数据生成、模型训练与评估，提供3.3TB数据集和GPU求解器，以推动可靠的机器学习预测模型发展。
2026-10-08 cs.LG physics.flu-dyn
Drainage in a model stratified porous medium
我们表明，当一个非润湿流体排水分层多孔介质在足够小的毛细管数Ca，它只流过介质的粗地层;相比之下，高于阈值Ca，非润湿流体也被迫横向，部分相邻的，更精细的地层。这种局部浸润的空间范围随着Ca的增加而增加。我们定量地了解这种行为，通过平衡地层规模的粘性压力驱动流动与所需的毛细管压力侵入个别孔隙。由于地质构造经常分层，我们预计，我们的研究结果将是相关的一些重要的应用，包括了解石油迁移，防止地下水污染，地下CO $_{2}$存储。
2013-01-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the problem of optimal fluid transport in capillaries
该研究针对毛细管弯液面压力驱动输运优化问题，重新推导了惯性可忽略、接触线摩擦可忽略两种极限下的解析解，为降低移动接触线问题的计算成本提供了简化的优化路径。
2024-04-18 physics.flu-dyn
Liquid-liquid displacement in slippery liquid-infused membranes (SLIMs)
受光滑的液体注入多孔表面（SLIPS）启发的液体注入膜最近已被引入膜技术。这些膜的门控机制预计会产生抗污染性能和多相传输能力。然而，尚未探索输注液体的长期保留。为了解决这个问题，我们研究了通过液-液置换孔隙率测定法（LLDP）实验结合微观观察的位移机制的输液液体在光滑的液体输液膜（SLIMs）的保留。我们的研究结果表明，孔隙将打开对应的毛细管压力，导致优先流动路径的水运输。LLDP结果进一步表明SLIM中存在液体内衬孔。利用界面孔隙流模型对这一假设进行了理论分析。研究发现，在多孔介质中，非混相驱替模式与毛细管指进相对应。利用多孔介质中两相流的相关物理理论，证实了SLIM的渗透机理。为了在实验上观察液-液置换，设计了一种模拟多孔介质的微流控芯片，观察到了一种高度分枝的结构，其中捕获了输注液体。剩余的注入液体以池、桥和薄膜的形式保留在芯片中的柱结构周围，这进一步证实了液体衬里。分形维数分析，随着流体（非润湿相）饱和度的评价，进一步证实，分形图案对应于毛细管指进，这是符合的侵入渗流与捕获（IPT）模型。
2018-04-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-assembled porous media from particle-stabilized emulsions
本文提出通过固化粒子稳定乳液来构建自组装多孔介质，并利用模拟证明仅调节粒子润湿性或浓度即可在三个数量级范围内调控渗透率，指出bijels结构最适合用于过滤器或反应器。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
From mixing to displacement of miscible phases in porous media: The role of heterogeneity and inlet pressure
本文研究非均质性与入口压力对多孔介质中低黏度可混溶相驱替高黏度驻留相的影响，利用修正 Sherwood 数和 BTC 分析量化均匀前缘向指进的转变。
2023-12-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Tailoring porous media for controllable capillary flow
多孔介质中毛管流的控制假说具有广泛的实际意义。然而，通过调整孔径或通过修改界面润湿性来实现对这些过程的准确和可靠的控制仍然具有挑战性。在这里，我们提出，通过毛细渗透的液体流动可以通过调整多孔介质的几何形状来精确地调节，并开发数值方法来实现这一点。方法达西定律的基础上，提出了一个通用的框架，以方便控制毛细流动在多孔系统中通过剪裁的多孔结构的几何形状。基于有限元法的数值模拟方法也被用来验证理论预测。结果-一个基本的毛细管组件与可调的速度梯度的设计，根据所提出的框架。通过使用基本组件，两个功能的毛细管元件，即（i）流量放大器和（ii）流阻器，被证明。然后，通过集成所设计的毛细管元件，实现了具有可控毛细管流动的多功能流体装置。所有的理论设计都通过数值模拟进行了验证。最后，本文提出的模型可以推广到多孔介质的三维设计
2021-06-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The role of wetting on the flow of two immiscible fluids in porous media
通过混合相场-浸入边界方法模拟多孔介质中两相流体界面动力学，揭示了毛细数和润湿性对毛细指进与稳定穿透模式的影响，并提出基于穿透长度和速度识别界面模式的新方法。
2024-05-30 physics.flu-dyn
Capillary rise in vuggy media
碳酸盐岩是一种高度非均质的地层，其孔隙尺寸分布和孔隙空间拓扑结构变化很大，这导致了复杂的多相流动行为。本文研究了碳酸盐岩孔洞中流体的自发自吸行为。将具有可溶性夹杂物的直径为1.0 mm的玻璃珠烧结以形成具有基质孔隙率、孔洞尺寸、孔洞空间位置和孔洞数量变化的异质孔洞芯的多种配置。岩心制造过程是可重复的，并允许以受控的方式研究溶洞纹理特性的影响。在这些代表性溶洞碳酸盐岩岩心中进行了毛管上升实验，并与作为参考的均质非溶洞岩心进行了比较。进行连续光学成像以跟踪岩心中空气-水界面的位置。为了了解毛细管高度的变化，在一个空洞的存在下，流体的体积两相数值模拟进行了一组平行的连接和断开管。最后，进行X射线断层扫描，以确定选定的几个岩心中空气-水界面的形状。结果可以概括如下：与非孔洞多孔介质相比，不连通孔洞导致更高的毛细上升。这些孔洞充当毛细屏障，将流体流转向相邻的连接通道，这最终导致更高的总体毛细上升。这项工作的结果强调，水相，如压裂液和危险废物的自发侵入半径，是受溶洞孔隙度，而不是他们的分布。
2020-06-26 physics.flu-dyn
The Impact of Sub-Resolution Porosity on Numerical Simulations of Multiphase Flow
亚分辨率孔隙度（SRP）是数字岩石物理中普遍存在但经常被忽视的特征。它体现了图像分辨率和视场之间的权衡，并且它是选择大于非均质岩石样品中的最小孔隙的成像分辨率的直接结果。在这项研究中，我们调查的影响SRP多相流在多孔岩石。为此，我们使用我们新开发的多相微连续介质模型进行首次的一类直接数值模拟的两相流在多孔样品中含有SRP。我们发现，SRP属性（孔隙度，渗透率，润湿性）可以影响预测的绝对渗透率，流体突破时间，残余饱和度，和相对渗透率的因素高达2，1.5，3，和20，分别。特别是，我们的研究结果表明，SRP可以作为一个持久的连接器，防止在排水过程中形成孤立的润湿流体域，从而显着增加相对渗透率在低饱和度的两种流体。总体而言，我们的研究证实了以前的证据表明，SRP的影响不能被忽视，而不会产生显着的错误，在非均质多孔介质中的多相流的数值预测或实验分析。
2021-09-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Interaction between corner and bulk flows during drainage in granular porous media
University of Oslo（奥斯陆大学）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）
本研究提出动态双网络模型，模拟颗粒多孔介质排水中的活塞式主体流与角流-液膜次要流，发现液体连通结构及流动贡献随毛细数和邦德数显著变化。
2024-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Trends in porous media laboratory imaging and open science practices
University of Bergen（卑尔根大学）；Norwegian Research Centre AS – NORCE（挪威研究中心有限公司）
本文综述多孔介质实验室成像技术及其在环境能源等领域的应用，分析开放科学趋势，指出数据共享有限，强调开放成像数据集对可重复性和预测框架发展的重要性。
2025-10-06 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.optics
Modeling and scaling spontaneous imbibition with generalized fractional flow theory and non-Boltzmann transformation
本研究提出基于Hausdorff分形导数的广义分流量理论与非玻尔兹曼标度，用于建模自发渗吸，通过分形指数alpha调整幂律关系，在多种多孔介质数据上验证了其优于传统方法，可更准确预测渗吸速率。
2024-11-12 physics.flu-dyn
